RU2029368C1 - Device for simulating neurons - Google Patents

Device for simulating neurons Download PDF

Info

Publication number
RU2029368C1
RU2029368C1 SU5014296A RU2029368C1 RU 2029368 C1 RU2029368 C1 RU 2029368C1 SU 5014296 A SU5014296 A SU 5014296A RU 2029368 C1 RU2029368 C1 RU 2029368C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
inputs
block
input
outputs
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.А. Брюхомицкий
Г.А. Галуев
Ю.В. Чернухин
Original Assignee
Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем при Таганрогском радиотехническом институте
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем при Таганрогском радиотехническом институте filed Critical Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем при Таганрогском радиотехническом институте
Priority to SU5014296 priority Critical patent/RU2029368C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2029368C1 publication Critical patent/RU2029368C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

FIELD: bionics and computer engineering. SUBSTANCE: device has a unit for changing synaptic weighing unit first n inputs of which are the main information inputs of the device and second n inputs of which are setting ones. The device is characterized by the use of n/m (m<n, n ≥ 12, m ≥ 2) adders, n/m output units, switching unit and addressing unit, each output unit having first and second AND gates, first and second registers and logic unit. The device provides simulating formally-logic, gradual, dynamic adaptive and non-adaptive models of neurons, spatial adder, computer of scalar production and digital integrators. EFFECT: widened operating capabilities, simplified construction. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к бионике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве элемента нейроподобных сетей при моделировании нейрофизиологических процессов в нервной системе, в устройствах обработки, анализа и распознавания образов, в системах управления интеллектуальными работами, в цифровых нейрокомпьютерах. The invention relates to bionics and computer engineering and can be used as an element of neural networks in modeling neurophysiological processes in the nervous system, in processing devices, analysis and pattern recognition, in intellectual work control systems, in digital neurocomputers.

Известны устройства (авт. св. СССР N 682910, кл. G 01 G 7/60, 1979; авт. св. СССР N 767788, кл. 1980), содержащие n блоков изменения синаптических весов, сумматор и пять цифровых интеграторов. Known devices (ed. St. USSR N 682910, class G 01 G 7/60, 1979; ed. St. USSR N 767788, class 1980) containing n blocks for changing synaptic weights, an adder and five digital integrators.

Недостатком этих устройств являются их недостаточные функциональные возможности, не позволяющие моделировать адаптивные нейроны. The disadvantage of these devices is their lack of functionality that does not allow simulating adaptive neurons.

Известно также устройство (авт. св. СССР N 736130, кл. G 06 G 7/60, 1980), содержащее n блоков моделирования синапса, адаптивный сумматор, три сумматора, блок сравнения и десять цифровых интеграторов. Устройство обладает более широкими функциональными возможностями и позволяет, в частности, моделировать адаптивные нейроны, но имеет высокую аппаратурную сложность. It is also known a device (ed. St. USSR N 736130, class G 06 G 7/60, 1980) containing n synapse simulation blocks, an adaptive adder, three adders, a comparison unit and ten digital integrators. The device has wider functionality and allows, in particular, to simulate adaptive neurons, but has high hardware complexity.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для моделирования адаптивного нейрона (авт.св. СССР N 708369, кл. G 06 G 7/60, 1980), содержащее блок суммирования синаптических весов, первые n входов которого являются входами устройства, причем выход блока суммирования синаптических весов соединен с входом переменной интегрирования первого цифрового интегратора, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго цифрового интегратора, вход переменной интегрирования которого подключен к выходу третьего цифрового интегратора, вход подынтегральной функции которого подключен к выходу первого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с входом подынтегральной функции четвертого цифрового интегратора, выход которого подключен к входу блока сравнения, выход которого является выходом устройства и соединен с входом переменной интегрирования пятого цифрового интегратора, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом шестого цифрового интегратора, вход переменной интегрирования которого соединен с выходом седьмого цифрового интегратора, вход подынтегральной функции которого подключен к прямому выходу третьего сумматора, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход восьмого цифрового интегратора подключен к третьему входу сумматора, четверый вход которого соединен с выходом девятого цифрового интегратора, вход переменной интегрирования которого подключен к выходу третьего цифрового интегратора, входы переменной интегрирования третьего, четвертого, седьмого и восьмого цифровых интеграторов подключены к одному управляющему входу устройства, вторые n выходов блока суммирования синаптических весов и входы подынтегральной функции первого, второго, пятого, шестого, восьмого и девятого цифровых интеграторов соединены с другими управляющими входами устройства соответственно. The closest in technical essence to the claimed is a device for modeling an adaptive neuron (ed. St. USSR N 708369, class G 06 G 7/60, 1980), containing a unit for summing synaptic weights, the first n inputs of which are the inputs of the device, and the output the synaptic balance summation unit is connected to the input of the integration variable of the first digital integrator, the output of which is connected to the first input of the first adder, the second input of which is connected to the output of the second digital integrator, the input of the integrator which is connected to the output of the third digital integrator, the input of the integrand of which is connected to the output of the first adder, the output of which is connected to the first input of the second adder, the output of which is connected to the input of the integrand of the fourth digital integrator, the output of which is connected to the input of the comparison unit, the output of which is the output of the device and is connected to the input of the integration variable of the fifth digital integrator, the output of which is connected to the first input of the third adder, the second input of which It is connected to the output of the sixth digital integrator, the variable integration input of which is connected to the output of the seventh digital integrator, whose integrand input is connected to the direct output of the third adder, whose inverse output is connected to the second input of the second adder, the output of the eighth digital integrator is connected to the third adder input, the fourth input of which is connected to the output of the ninth digital integrator, the input of the integration variable of which is connected to the output of the third digital integrator ora, the inputs of the integration variable of the third, fourth, seventh and eighth digital integrators are connected to one control input of the device, the second n outputs of the summation unit of the synaptic weights and the inputs of the integrand of the first, second, fifth, sixth, eighth and ninth digital integrators are connected to other control inputs devices respectively.

Недостатками прототипа являются недостаточно широкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его для моделирования различных известных моделей нейронов, их функциональных узлов и ансамблей, а также высокая аппаратурная сложность, затрудняющая применение современной микроэлектронной технологии. Действительно каждый цифровой интегратор в своей минимальной конфигурации (работающий по формуле прямоугольников) содержит два сумматора, два регистра, умножитель и квантователь. Учитывая, что блок суммирования синаптических весов на n входов в прототипе также реализуется на цифровых интеграторах (по одному интегратору на каждый вход), можно считать, что аппаратурные затраты на реализацию прототипа ориентировочно составляют 2(n+9)+4 сумматоров, 2(n+9) регистров, n+9 умножителей, n+9 квантователей и один блок сравнения. Такой уровень сложности не позволяет при современном состоянии микроэлектронной технологии реализовать прототип в виде большой интегральной схемы, а следовательно, делает невозможным построение моделирующей нейроподобной сети или параллельного нейрокомпьютера, достаточной для практических целей размерности 103-102элементов.The disadvantages of the prototype are not wide enough functionality that does not allow it to be used for modeling various known models of neurons, their functional units and ensembles, as well as high hardware complexity that impedes the use of modern microelectronic technology. Indeed, each digital integrator in its minimum configuration (working according to the rectangle formula) contains two adders, two registers, a multiplier and a quantizer. Considering that the block of summation of synaptic weights for n inputs in the prototype is also implemented on digital integrators (one integrator per input), we can assume that the hardware costs for implementing the prototype are approximately 2 (n + 9) +4 adders, 2 (n +9) registers, n + 9 multipliers, n + 9 quantizers and one comparison unit. This level of complexity does not allow, in the current state of microelectronic technology, to implement the prototype in the form of a large integrated circuit, and therefore makes it impossible to build a modeling neural network or parallel neurocomputer, sufficient for practical purposes of dimension 10 3 -10 2 elements.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и упрощение устройства. The aim of the invention is the expansion of functionality and simplification of the device.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок изменения синаптических весов (в прототипе - блок суммирования синаптических весов), первые n входов которого являются основными информационными входами устройства, а вторые n входов - установочными входами, введены n/m (m<n, n>12, m>2) сумматоров, n/m выходных блоков, коммутатор и блок адресации, причем третьи n входов блока изменения синаптических весов являются дополнительными информационными входами устройства, а n/m выходов частичных сумм подключены соответственно к первым входам каждого из n/m сумматоров, вторые m входов каждого из которых подключены соответственно к первой группе из n выходов коммутатора, выходы всех n/m сумматоров подключены к входам соответствующих n/m выходных блоков, к первой группе из n/m входов коммутатора и являются первой группой из n/m выходов устройства, первые, вторые и третьи выходы всех выходных блоков подключены соответственно к второй, третьей и четвертой группам из n/m входов коммутатора и являются соответственно второй, третьей и четвертой группами из n/m выходов устройства, а четвертые выходы всех выходных блоков подключены к третьим одиночным входам соответствующих сумматоров, вторая и третья группы из n выходов коммутатора подключены соответственно к n основным и n дополнительным информационным входам устройства, а адресные входы коммутатора подключены к выходам блока адресации, каждый выходной блок содержит первый и второй элементы И, первые входы которых соединены и являются входом выходного блока, первый и второй регистры, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, и логический блок, входы которого подключены к выходам второго элемента И и второго регистра, которые наряду с выходами логического блока и первого регистра являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами выходного блока. The goal is achieved by the fact that in the device containing the synaptic balance change unit (in the prototype, the synaptic balance summation unit), the first n inputs of which are the main information inputs of the device, and the second n inputs are installation inputs, n / m (m <n, n> 12, m> 2) adders, n / m output blocks, a switch and an addressing block, and the third n inputs of the synaptic balance change block are additional information inputs of the device, and n / m partial sum outputs are connected respectively to the first inputs of each and n / m adders, the second m inputs of each of which are connected respectively to the first group of n outputs of the switch, the outputs of all n / m adders are connected to the inputs of the corresponding n / m output blocks, to the first group of n / m inputs of the switch a group of n / m outputs of the device, the first, second and third outputs of all output blocks are connected respectively to the second, third and fourth groups of n / m inputs of the switch and are respectively the second, third and fourth groups of n / m outputs of the device, and the fourth outputs of all output blocks are connected to the third single inputs of the respective adders, the second and third groups of n outputs of the switch are connected respectively to n primary and n additional information inputs of the device, and the address inputs of the switch are connected to the outputs of the addressing block, each output block contains the first and second elements And, the first inputs of which are connected and are the input of the output block, the first and second registers, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second elements And, and the logical block, input rows of which are connected to the outputs of the second AND gate and a second register which, together with a logical block and the first register outputs are respectively the first, second, third and fourth output block outputs.

Наличие отличительных признаков: n/m сумматоров, n/m выходных блоков, коммутатора и блока адресации с указанными выше связями обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна". Заявляемое техническое решение соответствует также критерию "существенные отличия", поскольку не обнаружено решений с признаками, сходными с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа. The presence of distinctive features: n / m adders, n / m output units, switch and addressing unit with the above connections determines the compliance of the claimed technical solution with the criterion of "novelty." The claimed technical solution also meets the criterion of "significant differences", because no solutions were found with features similar to those distinguishing the claimed technical solution from the prototype.

Возможность достижения цели изобретения - расширение функциональных возможностей и упрощение устройства - обуславливается наличием перечисленных отличительных существенных признаков предлагаемого технического решения. Действительно, изменяя с помощью блока адресации программу настройки коммутатора предлагаемого устройства можно, в частности, воспроизводить формально-логические модели нейронов, градуальные модели нейронов, динамические модели неадаптивных нейронов, динамические адаптивные модели нейронов с адаптацией либо по входу, либо по выходу, либо и по входу и по выходу одновременно, пространственный сумматор на n входов, вычислители скалярного произведения, цифровые интеграторы. The ability to achieve the purpose of the invention is the expansion of functionality and simplification of the device is due to the presence of the listed distinctive essential features of the proposed technical solution. Indeed, by changing the configuration program of the proposed device’s switch using the addressing unit, it is possible, in particular, to reproduce formal logical models of neurons, graded models of neurons, dynamic models of non-adaptive neurons, dynamic adaptive models of neurons with adaptation either by input or output, or by input and output simultaneously, a spatial adder with n inputs, scalar product calculators, digital integrators.

Заявляемое устройство, кроме того, проще прототипа. Так, при m=2, что уже достаточно для реализации всех перечисленных выше функций, оно содержит n+n/2 сумматоров, 2n+2 регистров (блок адресации - это, по существу, два адресных регистра), n умножителей, n триггеров, 3n элементов типа И(ИЛИ), один коммутатор. Полагая, например, n=12, получают для прототипа 46 сумматоров, 42 регистра, 21 умножитель, 21 квантователь, один блок сравнения, для заявляемого устройства 18 сумматоров, 26 регистров, 12 умножителей, 12 триггеров, 36 элементов типа И(ИЛИ), один коммутатор. The inventive device, in addition, is simpler than the prototype. So, for m = 2, which is already enough to implement all the functions listed above, it contains n + n / 2 adders, 2n + 2 registers (the addressing block is essentially two address registers), n multipliers, n triggers, 3n elements of type AND (OR), one switch. Assuming, for example, n = 12, get 46 adders, 42 registers, 21 multipliers, 21 quantizers, one comparison unit, for the inventive device 18 adders, 26 registers, 12 multipliers, 12 triggers, 36 AND elements (OR), for the prototype one switch.

Наличие существенных отличительных признаков предлагаемого технического решения позволяет, расширив функциональные возможности прототипа, одновременно упростить его и тем самым достичь цели изобретения. The presence of significant distinguishing features of the proposed technical solution allows, expanding the functionality of the prototype, at the same time simplify it and thereby achieve the purpose of the invention.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока изменения синаптических весов; на фиг.3 - структурно-функциональная схема выходного блока; на фиг.4 - функциональная схема логического блока; на фиг.5 - структурно-функциональная схема коммутатора и блока адресации. In FIG. 1 shows a structural diagram of a device; figure 2 is a functional diagram of a block for changing synaptic weights; figure 3 is a structural-functional diagram of the output unit; figure 4 is a functional diagram of a logical block; figure 5 is a structural-functional diagram of the switch and the addressing unit.

Устройство для моделирования нейронов (фиг.1) содержит блок 1 изменения синаптических весов, который имеет n основных информационных входов 21, 22, . . . , 2n, n дополнительных информационных входов 31,32,...,3n и n установочных входов 41,42,...,4n. Выходы частичных сумм по m слагаемых каждая этого блока подключены к входам 51,52,...,5n/mкомбинационных сумматоров 61, 62, ...,6n/m. Выходы сумматоров 61,62,...,6n/m подключены к входам выходных блоков 71, 72. ..,7n/m и являются первой группой из n/m выходов 81,82,..., 8n/m устройства. Выходные блоки 71,72,...,7n/m имеют выходы 91,92,...,9n/m, 101, 102, ...,10n/m, 111,112,...,11n/m, которые составляют вторую, третью и четвертую группы из n/m выходов устройства и, кроме того, вместе с группой выходов 81, 82, . . .,8n/m подключены к одноименным входам коммутатора 12. Сумматоры 61,62,...,6n/m имеют группы по m входов 1311,1312,...,131m,1321, 1322, . . . , 132m, 13n/m1, 13n/m2,..., 13n/mm, которые подключены к одноименным выходам коммутатора 12, а также одиночные входы 141,142,...,14n/m, которые подключены к соответствующим выходам 151,152,...,15n/m выходных блоков 71, 72,...,7n/m. Основные 21,22,...,2n и дополнительные 31,32,...,3n входы устройства подключены также к одноименным выходам коммутатора 12. Адресные входы 161 и 162коммутатора 12 подключены к выходам блока 17 адресации.A device for modeling neurons (Fig. 1) contains a synaptic balance change unit 1, which has n main information inputs 2 1 , 2 2 ,. . . , 2 n , n additional information inputs 3 1 , 3 2 , ..., 3 n and n installation inputs 4 1 , 4 2 , ..., 4 n . The outputs of partial sums of m terms of each of this block are connected to the inputs 5 1 , 5 2 , ..., 5 n / m of combinational adders 6 1 , 6 2 , ..., 6 n / m . The outputs of the adders 6 1 , 6 2 , ..., 6 n / m are connected to the inputs of the output blocks 7 1 , 7 2 . .., 7 n / m and are the first group of n / m outputs 8 1 , 8 2 , ..., 8 n / m devices. The output blocks 7 1 , 7 2 , ..., 7 n / m have outputs 9 1 , 9 2 , ..., 9 n / m , 10 1 , 10 2 , ..., 10 n / m , 11 1 , 11 2 , ..., 11 n / m , which make up the second, third and fourth groups of n / m outputs of the device and, in addition, together with the group of outputs 8 1 , 8 2 ,. . ., 8 n / m are connected to the inputs of the same name on the switch 12. Adders 6 1 , 6 2 , ..., 6 n / m have groups of m inputs 13 11 , 13 12 , ..., 13 1m , 13 21 , 13 22,. . . , 13 2m , 13 n / m1 , 13n / m2 , ..., 13 n / mm , which are connected to the outputs of the same name on the switch 12, as well as single inputs 14 1 , 14 2 , ..., 14 n / m , which connected to the corresponding outputs 15 1 , 15 2 , ..., 15 n / m of the output blocks 7 1 , 7 2 , ..., 7 n / m . The main 2 1 , 2 2 , ..., 2 n and additional 3 1 , 3 2 , ..., 3 n device inputs are also connected to the outputs of the same switch 12. Address inputs 16 1 and 16 2 of the switch 12 are connected to the block outputs 17 addressing.

Блок 1 изменения синаптических весов (фиг.2) состоит из n однотипных ячеек, каждая из которых содержит последовательно соединенные регистр 18 сдвига, сумматор 19 и умножитель 20. Выход сумматора 19 подключен к входу регистра 18 сдвига. Вторые входы умножителей 20 и сумматоров 19 составляют соответственно основные 21,22,...,2n и дополнительные 31,32,...,3n информационные входы устройства, а вторые входы регистров 18 сдвига - установочные входы 41,42,...,4n устройства. Выходы умножителей 20 по m объединяются на сумматорах 21, выходы которых являются выходами 51,52,...,5n/m частичны сумм блока изменения синаптических весов.Block 1 changes the synaptic weights (figure 2) consists of n cells of the same type, each of which contains a series-connected shift register 18, an adder 19 and a multiplier 20. The output of the adder 19 is connected to the input of the shift register 18. The second inputs of the multipliers 20 and the adders 19 are respectively the main 2 1 , 2 2 , ..., 2 n and additional 3 1 , 3 2 , ..., 3 n information inputs of the device, and the second inputs of the registers 18 shift - installation inputs 4 1 , 4 2 , ..., 4 n devices. The outputs of the multipliers 20 by m are combined on the adders 21, the outputs of which are the outputs 5 1 , 5 2 , ..., 5 n / m are partial sums of the synaptic balance change block.

Выходной блок 7 (фиг.3) содержит элементы И 22, 23, первые входы которых соединены и являются входом блока 7, регистры 24, 25 сдвига, входы которых подключены к выходам элементов И 22, 23 соответственно логический блок 26, входы которого подключены к выходам элемента И 22 и регистра 24 сдвига. Вторые входы элементов И 22, 23, а также третий, четвертый, пятый и шестой входы логического блока 26 являются управляющими входами 27 устройства. Выходы элемента И 22, регистра 24 сдвига, логического блока 26 и регистра 25 сдвига являются соответственно выходами 9, 10, 11 и 15 выходного блока 7 и всего устройства. The output block 7 (figure 3) contains the elements And 22, 23, the first inputs of which are connected and are the input of the block 7, the shift registers 24, 25, the inputs of which are connected to the outputs of the elements And 22, 23, respectively, the logical block 26, the inputs of which are connected to the outputs of the element And 22 and the register 24 shift. The second inputs of the elements And 22, 23, as well as the third, fourth, fifth and sixth inputs of the logical unit 26 are the control inputs 27 of the device. The outputs of the element And 22, the shift register 24, the logic unit 26 and the shift register 25 are respectively the outputs 9, 10, 11 and 15 of the output unit 7 and the entire device.

Логический блок 26 (фиг.4) содержит триггеры 28, 29, первые входы которых соединены и являются первым входом 30 логического блока 26, который подключен к выходу элемента И 22, элементы И 31, 32, первые входы которых подключены к инверсному выходу триггера 29, элементы И 33, 34, первые входы которых подключены соответственно к выходам элементов И 31, 32, при этом второй вход элемента И 33 является вторым входом 35 логического блока 26 и подключен к выходу регистра 24 сдвига, а второй вход элемента И 34 подключен к прямому выходу триггера 28, элемент ИЛИ 36, входы которого подключены к выходам элементов И 33, 34, а выход является выходом логического блока 26 и третьим выходом 11 выходного блока 7 и всего устройства. Вторые входы триггеров 28, 29 и элементов И 31, 32 являются соответственно управляющими входами 273, 274, 275, 276логического блока 26.The logical block 26 (Fig. 4) contains triggers 28, 29, the first inputs of which are connected and are the first input 30 of the logical block 26, which is connected to the output of the element And 22, the elements And 31, 32, the first inputs of which are connected to the inverse output of the trigger 29 , the elements And 33, 34, the first inputs of which are connected respectively to the outputs of the elements And 31, 32, while the second input of the element And 33 is the second input 35 of the logical unit 26 and is connected to the output of the shift register 24, and the second input of the element And 34 is connected to trigger direct output 28, OR element 36, inputs of which connected to the outputs of the elements AND 33, 34, and the output is the output of the logical unit 26 and the third output 11 of the output unit 7 and the entire device. The second inputs of the triggers 28, 29 and the elements And 31, 32 are respectively the control inputs 27 3 , 27 4 , 27 5 , 27 6 of the logical block 26.

Коммутатор 12 (фиг. 5) содержит матрицу 37 триггерных ключей, входы выборки которых по ося Х и Y подключены к выходам адресных дешифраторов 381, 382. Входы дешифраторов 381, 382 подключены к разрядным выходам адресных регистров 391, 392, составляющих, по существу, блок 17 адресации устройства. Информационные входы коммутатора подключены к матрице 37 триггерных ключей. Информационные выходы коммутатора 12 через буферный регистр 40 подключены к информационным выходам матрицы 37. Коммутатор 12 имеет также вход 41 управления записью программы коммутации и вход 42 управления выдачей информации. Коммутатор может быть выполнен на серийной микросхеме К1801ВП1.The switch 12 (Fig. 5) contains a matrix of 37 trigger keys, the sampling inputs of which along the X and Y axis are connected to the outputs of the address decoders 38 1 , 38 2 . The inputs of the decoders 38 1 , 38 2 are connected to the bit outputs of the address registers 39 1 , 39 2 , which essentially comprise the device addressing unit 17. The information inputs of the switch are connected to a matrix of 37 trigger keys. The information outputs of the switch 12 through the buffer register 40 are connected to the information outputs of the matrix 37. The switch 12 also has an input 41 for recording control of the switching program and an input 42 for controlling information output. The switch can be made on a serial chip K1801VP1.

Перед началом работы устройства осуществляется сброс в нулевое состояние регистров 181,...,18n и регистров умножителей 201,...,20nблока 1 изменения синаптических весов (фиг.1 и 2), регистров 24, 25 выходного блока 7 (фиг. 1 и 3), триггеров 28, 29 логического блока 26 выходного блока 7 (фиг. 1, 3 и 4), адресных регистров 391,392 блока 17 адресации (фиг.1 и 5) и буферного регистра 40 коммутатора 12 (фиг.1 и 5). После этого осуществляется настройка устройства на выбранный режим работы. Для этого в адресные регистры 391, 392 блока 17 адресации записывается требуемый код коммутации. Коммутатор 12 имеет 3n выходов и 4n/m входов, подключенных соответственно к информационным входам и через буферный регистр 40 к информационным выходам матрицы 37 триггерных ключей. Иными словами матрица триггерных ключей коммутатора имеет размерность 3nx4n/m. Чтобы образовать требуемый канал связи между i-м информационным входом и j-м информационным выходом матрицы 37 коммутатора 12, в регистры 391 и 392 записываются соответствующие коды коммутации, под действием которых на выходах дешифраторов 381 и 382появляются единичные сигналы, переводящие в единичное состояние триггерный ключ, стоящий на пересечении j-й строки и i-го столбца матрицы 37. Размерность кодов коммутации и, следовательно, разрядность регистров 391 и 392 соответственно log23n и log24n/m. Последовательно осуществляя описанным выше способом построение требуемых каналов связи, реализуют необходимую систему коммутации между информационными входами и выходами матрицы 37 триггерных ключей коммутатора 12. После задания требуемой системы коммутации в коммутаторе осуществляется настройка логических блоков 26 выходных блоков 71, . . .,7n/m (путем подачи единичного или нулевого сигнала на управляющие входы 275,276) на выполнение функций sign Pi, max{0,Pi} или отключение этих блоков, а затем запис в соответствующие регистры 181,...,18n блока изменения синаптических весов параметров реализуемых моделей нейрона. После этого устройство готово к работе.Before starting operation of the device, the registers 18 1 , ..., 18 n and the registers of the multipliers 20 1 , ..., 20 n of the block 1 for changing the synaptic weights (Figs. 1 and 2), the registers 24, 25 of the output block are reset to zero 7 (Figs. 1 and 3), flip-flops 28, 29 of the logic block 26 of the output block 7 (Figs. 1, 3 and 4), address registers 39 1 , 39 2 of the addressing block 17 (Figs. 1 and 5) and buffer register 40 switch 12 (figures 1 and 5). After that, the device is configured for the selected operating mode. For this, the required switching code is recorded in the address registers 39 1 , 39 2 of the addressing unit 17. The switch 12 has 3n outputs and 4n / m inputs connected respectively to the information inputs and through the buffer register 40 to the information outputs of the trigger key matrix 37. In other words, the switch trigger matrix is 3nx4n / m. In order to form the required communication channel between the ith information input and the jth information output of matrix 12 of switch 12, the corresponding switching codes are written into registers 39 1 and 39 2 , under the action of which single signals appear at the outputs of decoders 38 1 and 38 2 in the single state, the trigger key at the intersection of the jth row and the ith column of the matrix 37. The dimension of the switching codes and, therefore, the width of the registers 39 1 and 39 2 respectively log 2 3n and log 2 4n / m. By sequentially constructing the required communication channels using the method described above, the necessary switching system is implemented between the information inputs and outputs of the matrix 37 of trigger keys of the switch 12. After setting the required switching system, the logical blocks 26 of the output blocks 7 1 , are configured in the switch. . ., 7 n / m (by applying a single or zero signal to the control inputs 27 5, 27 6) to perform functions sign P i, max {0, P i} or disabling of these blocks, and then record in accordance registers January 18, ..., 18 n block changes in the synaptic weights of the parameters of the implemented neuron models. After that, the device is ready for operation.

Рассмотрим процесс настройки и работу устройства для различных режимов функционирования. Consider the setup process and the operation of the device for various modes of operation.

Режим работы 1: n/m формально-логических моделей нейрона на m входов каждая. В этом режиме устройство реализует ансамбль n/m не связанных между собой формально-логических нейронов на m входов каждый. При таком режиме не требуется устанавливать каналы связи между входами и выходами коммутатора 12, поэтому в регистрах 391 и 392 коммутатора хранятся нулевые коды коммутации, сформированные в них на этапе сброса всех регистров устройства в нулевое состояние. На управляющие входы 275, 276 логического блока 26 каждого выходного блока 71, . ..,7n/m подаются соответственно нулевой и единичный потенциалы, настраивающие их на выполнение функции sign Pi. Затем в регистры 181,...,18n через установочные входы 41,...,4n блока 1 изменения синаптических весов записываются начальные значения синаптических весов γ i1,..., γinmмоделей нейронa: синаптические веса γi1,..., γim для каждой из n/m моделей нейрона. После этого устройство готово к приему входных сигналов Хi1, ...Xim в каждую из n/m моделей нейрона через информационные входы 21,...,2n устройства. Работает устройство в соответствии с временной диаграммой, представленной на фиг.6. В течение первых k тактов времени осуществляются прием через основные информационные входы 21,...,2nустройства k-разрядных двоичных кодов входных сигналов Хi1,...,Xin в регистры умножителей 201, 20n блока 1 изменения синаптических весов (фиг.1 и 2) и одновременно выдача из регистров 24 через информационные выходы 111,...,11n/m выходных блоков 71,. . . , 7n/m k-разрядных двоичных кодов выходных сигналов увыхi каждой из n/m моделей нейрона. При необходимости в эти же первые k тактов времени через дополнительные информационные входы 31,...,3n могут поступать k-разрядные двоичные коды приращений Δγi4,... Δγin синаптических весов и суммироваться на сумматорах 191,...,19n блока изменения синаптических весов (фиг.1 и 2) с синаптическими весами γi-1,1,... γi-1,n, полученными на предыдущем (i-1)-м шаге работы устройства. После этого в течение последующих 2k тактов времени осуществляются умножение в умножителях 201,...,20nвходных сигналов Хi1,..., Xin на синаптические веса γi1,..., γin и затем суммирование в сумматорах 211, . ..,21n/m полученных 2k-разрядных произведений (по m произведений для каждой из n/m моделей нейрона). Полученные n/m сумм произведений с выходов блока 1 изменения синаптических весов поступают на входы 51,...,5n/m сумматоров 61,...6n/m, проходят через эти сумматоры и появляются на их выходах. Таким образом, в течение рассматриваемых 2k тактов времени на выходе каждого из сумматоров 61,...,6n/m формируется 2k-разрядный двоичный код числа
Pi=

Figure 00000001
Xijγij
Как видно из временной диаграммы на фиг.6, под действием управляющего сигнала f271 (поступающего на управляющий вход 271 каждого выходного блока 71, ...,7n/m) старшие k разрядов (вместе со знаком) каждого из n/m чисел Pi через элементы И 22 (фиг.3) записываются в регистры 24 выходных блоков 71,. ..,7n/m. При этом перед поступлением k старших разрядов числа Pi осуществляется сброс в нулевое состояние триггеров 28 логических блоков 26 каждого выходного блока 71,...,7n/mпутем подачи в любом из k+1,...,2k (на фиг.6 в (k+1)-м такте) тактах времени управляющего сигнала f273 на управляющие входы 273 логических блоков 26 каждого выходного блока 71,...,7n/m, а в момент поступления самого старшего (знакового) разряда каждого числа Pi на управляющий вход 274 логического блока 26 каждого выходного блока 71,...,7n/m подается единичный сигнал f274 (фиг.6), под действием которого в триггер 29 логического блока 26 каждого выходного блока 71,...,7n/m записывается значение знакового разряда соответствующего числа Pi: триггер 29 переходит в состояние "1", если Pi<0, и в состояние "0", если Pi ≥ 0. Если число Pi<0, то элемент И 32 логического блока 26 каждого выходного блока 71,..., 7n/m закрыт и на выходе 11 каждого выходного блока 71,...,7n/m в течение последующих k тактов времени формируется нулевой сигнал. Если Pi=0 (т.е. среди значащих разрядов нет ни одной "1"), то триггеры 28, 29 логического блока 26 каждого выходного блока 71,...,7n/mнаходятся в нулевом состоянии элемент И 32 открыт, но элемент И 34 закрыт) и на выходе 11 каждого выходного блока 71,...,7n/m также сформирован двоичный k-разрядный код нуля. Когда Pi>0, то триггер 28 переходит в единичное состояние, элементы И 32 и 34 открыты и на выходе 11 каждого выходного блока 71,...,7n/m в течение k тактов времени формируется единичный сигнал. Таким образом, при данном режиме работы устройство реализует работу ансамбля из n/m не связанных между собой формально-логических моделей нейрона, каждый из которых выполняет следующий алгоритм:
Pi=
Figure 00000002
X
Figure 00000003

увыхi=sign Pi.Operating mode 1: n / m formal-logical models of a neuron with m inputs each. In this mode, the device implements an ensemble of n / m unconnected formal logical neurons with m inputs each. In this mode, it is not necessary to establish communication channels between the inputs and outputs of the switch 12, therefore, in the registers 39 1 and 39 2 of the switch, zero switching codes are stored, generated in them at the stage of resetting all device registers to zero. To the control inputs 27 5 , 27 6 of the logical block 26 of each output block 7 1 ,. .., 7 n / m, respectively, the zero and unit potentials are applied, which configure them to perform the sign P i function. Then, into the registers 18 1 , ..., 18 n through the installation inputs 4 1 , ..., 4 n of the block 1 for changing the synaptic weights, the initial values of the synaptic weights γ i1 , ..., γ inm of the neuron models are written: synaptic weights γi1 , ..., γ im for each of the n / m neuron models. After that, the device is ready to receive input signals X i1 , ... X im to each of the n / m neuron models through the information inputs 2 1 , ..., 2 n of the device. The device operates in accordance with the time diagram presented in Fig.6. During the first k clock cycles, the k-bit binary codes of input signals X i1 , ..., X in are received through the main information inputs 2 1 , ..., 2 n into the registers of the multipliers 20 1 , 20 n of the synaptic change block 1 weights (Figs. 1 and 2) and simultaneously output from the registers 24 through the information outputs 11 1 , ..., 11 n / m of the output blocks 7 1 ,. . . , 7 n / m k-bit binary codes of output signals at the outputs of each of the n / m neuron models. If necessary, k-bit binary increment codes Δγ i4 , ... Δγ in synaptic weights can be received in the same first k time steps through additional information inputs 3 1 , ..., 3 n and summed on the adders 19 1 , ... , 19 n of the synaptic balance change block (FIGS. 1 and 2) with synaptic weights γ i-1,1 , ... γ i-1, n obtained at the previous (i-1) th step of the device operation. After that, over the next 2k clock cycles, multiplication in the multipliers 20 1 , ..., 20 n of the input signals X i1 , ..., X in is performed by the synaptic weights γ i1 , ..., γ in and then the summation in the adders 21 1 ,. .., 21 n / m of received 2k-bit products (m products for each of n / m neuron models). Received n / m sums of products from the outputs of block 1 of the synaptic weight change are fed to the inputs 5 1 , ..., 5 n / m adders 6 1 , ... 6 n / m , pass through these adders and appear on their outputs. Thus, during the considered 2k time steps, a 2k-bit binary code of the number is generated at the output of each of the adders 6 1 , ..., 6 n / m
P i =
Figure 00000001
X ij γ ij
As can be seen from the timing diagram in Fig. 6, under the action of the control signal f 271 (arriving at the control input 27 1 of each output unit 7 1 , ..., 7 n / m ), the highest k bits (together with the sign) of each of n / m numbers P i through the elements And 22 (figure 3) are recorded in the registers 24 of the output blocks 7 1 ,. .., 7 n / m . Thus before entering MSBs number k P i resets flip-flops in the null state 28, logic blocks 26 each output block 7 1, ..., 7 n / m by feeding in any one of k + 1, ..., 2k (for 6 in the (k + 1) -th cycle) clock cycles of the control signal f 273 to the control inputs 27 3 of the logic blocks 26 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m , and at the time of the arrival of the oldest (sign ) discharge of each of P i to the control input 27 April logic block 26, each output block 7 1, ..., 7 n / m is applied a single signal f 274 (Figure 6) under the action in which t 29 igger logic block 26, each output block 7 1, ..., 7 n / m stored sign bit value corresponding to the number P i: trigger 29 moves to state "1" if P i <0, and "0" state, if P i ≥ 0. If the number P i <0, then the AND element 32 of the logic block 26 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m is closed and at the output 11 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m during the next k clock cycles a zero signal is formed. If P i = 0 (that is, there is not a single “1” among the significant digits), then the triggers 28, 29 of the logic block 26 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m are in the zero state, element And 32 open, but AND element 34 is closed) and at the output 11 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m a binary k-bit zero code is also generated. When P i > 0, then the trigger 28 goes into a single state, the elements And 32 and 34 are open and at the output 11 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m a single signal is generated during k clock cycles. Thus, in this operating mode, the device implements the work of an ensemble of n / m unconnected formal logical models of the neuron, each of which performs the following algorithm:
P i =
Figure 00000002
X
Figure 00000003

at output i = sign P i .

Из данного режима работы устройства для моделирования нейронов легко осуществить переход к другому режиму: n/m связанных между собой формально-логических моделей нейрона на m входов каждая. Для этого требуется только установить требуемую структуру синаптических связей между моделями нейрона, что достаточно просто реализуется коммутатором 12 путем построения (описанным выше способом) необходимых каналов связи между входами и выходами коммутатора, которые подключены к нужным информационным выходам 111,.. .,11n/m и входам 21,...,2n устройства (фиг.1). Работа устройства в этом режиме для каждой из n/m моделей нейрона осуществляется в соответствии с временной диаграммой на фиг.6.From this mode of operation of a device for modeling neurons, it is easy to switch to another mode: n / m interconnected formal logical models of a neuron with m inputs each. For this, it is only necessary to establish the required structure of synaptic connections between neuron models, which is quite easily implemented by switch 12 by constructing (as described above) the necessary communication channels between the inputs and outputs of the switch, which are connected to the required information outputs 11 1 , ..., 11 n / m and inputs 2 1 , ..., 2 n of the device (Fig. 1). The operation of the device in this mode for each of the n / m models of the neuron is carried out in accordance with the time diagram in Fig.6.

При необходимости можно перейти и к другому близкому режиму работы устройства: одна формально-логическая модель нейрона на n входов. В этом режиме логические блоки 26 выходных блоков 71,...,7n/m-1 отключаются путем подачи нулевых потенциалов на их управляющие входы 275, 276, а логический блок 26 выходного блока 7n/m остается настроенным на реализацию функции увыхi= sign Pi (как это было показано для основного режима 1). После этого осуществляется объединение n/m сумматоров 6 в один сумматор на n входов. Для этого в коммутаторе 12 реализуются каналы связи, соединяющие выход 8l (l= 1,2, . . . , n/m-1) каждого предыдущего сумматора 6l с одним из входов 13l+1,1, ...,13l+1,m последующего сумматора 6l+1 (фиг.1). Работа устройства в этом режиме осуществляется описанным выше способом в соответствии с временной диаграммой на фиг.6.If necessary, you can go to another close mode of operation of the device: one formal logical model of a neuron with n inputs. In this mode, the logical blocks 26 of the output blocks 7 1 , ..., 7 n / m-1 are turned off by supplying zero potentials to their control inputs 27 5 , 27 6 , and the logical block 26 of the output block 7 n / m remains configured for implementation the function y oi = sign P i (as was shown for the main mode 1). After this, the union of n / m adders 6 into one adder for n inputs. For this, in the switch 12, communication channels are implemented that connect the output 8 l (l = 1,2, ..., n / m-1) of each previous adder 6 l with one of the inputs 13 l + 1,1 , ..., 13 l + 1, m of the subsequent adder 6 l + 1 (Fig. 1). The operation of the device in this mode is carried out as described above in accordance with the time chart in Fig.6.

Режим работы 2: n/m градуальных моделей нейрона на m входов каждая. В этом режиме устройство реализует работу ансамбля из n/m не связанных между собой градуальных моделей нейрона на m входов каждая. Настройка устройства осуществляется так же, как и для режима n/m формально-логических моделей нейрона. Отличие состоит только в том, что на управляющие входы 275, 276 логического блока 26 каждого выходного блока 71,...,7n/m подаются соответственно единичный и нулевой потенциалы, настраивающие логические блоки на выполнение функции увыхi=max{0, Pi}. Работа устройства осуществляется в соответствии с временной диаграммой на фиг.6. После формирования в регистре 24 каждого выходного блока 71,...,7n/m k старших разрядов соответствующего значения величины Pi=

Figure 00000004
X
Figure 00000005
на управляющий вход 274 логического блока 26 каждого выходного блока 71,...,7n/m подается управляющий сигнал f274, под действием которого триггер 29 переходит в единичное (если Pi<0) либо в нулевое (Pi ≥ 0) состояние. Тогда, если Pi ≥ 0, то элемент И 31 открывается и величина Piс выхода регистра 24 через вход 35 и элемент И 33 логического блока 26 каждого выходного блока 71,...,7n/m (фиг.1, 3 и 4) в течение последующих k тактов времени появляется на выходе 11 выходных блоков 71,..., 7n/m. Если Pi<0, то элемент И 31 логического блока 26 каждого выходного блока 71,...,7n/m закрыт и на выходе 11 выходных блоков 71,...,7n/m в течение k тактов времени формируется нулевой сигнал. Иными словами в данном режиме устройство реализует работу ансамбля из n/m не связанных между собой градуальных моделей нейрона, каждый из которых выполняет алгоритм Pi=
Figure 00000006
X
Figure 00000007

увыхi=max{0, Pi}.Operating mode 2: n / m degree neuron models with m inputs each. In this mode, the device implements the work of an ensemble of n / m unconnected gradual neuron models with m inputs each. The device is configured in the same way as for the n / m mode of formal logical models of the neuron. The only difference is that the control inputs 27 5 , 27 6 of the logic block 26 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m are supplied with the unit and zero potentials, respectively, which configure the logic blocks to perform the function at the output i = max { 0, P i }. The operation of the device is carried out in accordance with the time diagram of Fig.6. After the formation in the register 24 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m k senior bits of the corresponding value of the value P i =
Figure 00000004
X
Figure 00000005
to the control input 27 4 of the logical block 26 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m , a control signal f 274 is supplied, under the action of which the trigger 29 goes to single (if P i <0) or to zero (P i ≥ 0) condition. Then, if P i ≥ 0, then the And 31 element opens and the value of P i from the output of the register 24 through the input 35 and the And 33 element of the logical block 26 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m (Fig. 1, 3 and 4) during the next k clock cycles, it appears at the output of 11 output blocks 7 1 , ..., 7 n / m . If P i <0, then the element And 31 of the logical block 26 of each output block 7 1 , ..., 7 n / m is closed and at the output of 11 output blocks 7 1 , ..., 7 n / m for k clock cycles a zero signal is generated. In other words, in this mode, the device implements the work of an ensemble of n / m unconnected gradual neuron models, each of which performs the algorithm P i =
Figure 00000006
X
Figure 00000007

at output i = max {0, P i }.

Из этого режима работы устройства можно легко перейти к близким режимам: n/m связанных между собой градуальных моделей нейрона и одна градуальная модель нейрона на n входов. Такой переход осуществляется таким же способом, как и для описанного выше режима 1. From this mode of operation of the device, one can easily switch to close modes: n / m interconnected degree models of a neuron and one degree model of a neuron with n inputs. Such a transition is carried out in the same way as for the mode 1 described above.

Режим работы 3: динамическая модель неадаптивного нейрона на n-2m входов. Для реализации этого режима в коммутаторе 12 реализуется система каналов связи между блоками устройства (каналы связи выделены) в соответствии с фиг. 7. Реализация этих каналов связи осуществляется путем задания соответствующих кодов коммутации в блоке 17 адресации и перевода в единичное состояние требуемых триггерных ключей матрицы 37 коммутатора 12, как это показано выше. В соответствии с показанной на фиг.7 коммутацией выход 101 устройства соединяется с основным информационным входом 2m+1 устройства, выход 92 устройства подключается к дополнительному информационному входу 31 устройства, а сумматоры 63,...,6n/m объединяются в один общий сумматор на n-2m входов путем соединения каждого l-го выхода 8l устройства (l=n/m,..., 3) с одним из входов 13l-1,1,...,13l-1,m предыдущего сумматора 6l-1, и выход 83последнего из этих сумматоров 63 подключается к любому одному из входов 1321,...,132m (на фиг.7 вход 132m) сумматора 62. После этого в регистр 18m+1 блока 1 изменения синаптических весов (фиг.1, 2 и 7) через установочный вход 4m+1 записывается двоичное k-разрядное значение коэффициента инерционности (- αi) модели нейрона, в регистр 182m через установочный вход 42m записывается двоичное значение порога ( θ i) модели нейрона, а в регистры 182m+1, . . . ,18n через установочные входы 42m+1,...,4n записываются двоичные значения синаптических весов γi,2m+1,..., γi,n модели нейрона. Логические блоки 26 выходных блоков 72,...,7n/m отключаются путем подачи на их управляющие входы 275, 276нулевых потенциалов, а логический блок выходного блока 71 настраивается на реализацию функции увыхi=max{0, Pi} путем подачи на его управляющие входы 275, 276 соответственно единичного и нулевого потенциалов. После этого устройство готово к приему двоичных k-разрядных значений входных сигналов Хi,2m+1 Δ t,...,Xi,n Δ t, поступающих через основные информационные входы 22m+1,...,2n устройства. Работает устройство в соответствии с временной диаграммой на фиг.8. В течение первых k тактов времени осуществляются прием через основные информационные входы 22m+1,..., 2n устройства k-разрядных двоичных значений входных сигналов Хi,2m+1 Δ t,.. .,Xi,n Δ t, которые записываются в регистры умножителей 202m+1,...,20n блока 1 изменения синаптических весов, а также выдача из регистра 24 выходного блока 71 через выход 111 устройства выходного сигнала увыхi Δ t модели нейрона и через выход 101 устройства величины мембранного потенциала (Pi-1Δ t) модели нейрона, которая по имеющемуся каналу связи (фиг.7) через информационный вход 2m+1 записывается в регистр умножителя 20m+1. На первом шаге, т. е. при i=1, величина Po Δ t=0 и формируется автоматически путем сброса всех регистров устройства в нулевое состояние. В течение первых k тактов времени осуществляется запись через информационный вход 22m в регистр умножителя 202m блока 1 изменения синаптических весов k-разрядного двоичного кода величины независимой переменной Δ t и при необходимомсти через дополнительные информационные входы 3m+1, 32m, 32m+1,..., 3n могут поступать k-разрядные двоичные коды приращений Δαi, Δθi, Δγi, 2m+1,..., Δγi,n, которые суммируются в сумматорах 19m+1, 192m, 192m+1,...,19n(фиг.1, 2 и 7) с величинами αi-1, θi-1, γi-1, 2m+1, ..., γi-1, n, полученными на предыдущем (i-1)-м шаге работы устройства.Operating mode 3: dynamic model of a non-adaptive neuron on n-2m inputs. To implement this mode, the switch 12 implements a system of communication channels between the device units (communication channels are allocated) in accordance with FIG. 7. The implementation of these communication channels is carried out by setting the appropriate switching codes in the block 17 addressing and transfer to a single state of the required trigger keys of the matrix 37 of the switch 12, as shown above. In accordance with the switching shown in Fig.7, the output 10 1 of the device is connected to the main information input 2m + 1 of the device, the output 9 2 of the device is connected to the additional information input 3 1 of the device, and the adders 6 3 , ..., 6 n / m are combined into one common adder for n-2m inputs by connecting each l-th output of 8 l device (l = n / m, ..., 3) with one of the inputs 13 l-1,1 , ..., 13 l- 1, m of the previous adder 6 l-1 , and the output 8 3 of the last of these adders 6 3 is connected to any one of the inputs 13 21 , ..., 13 2m (in Fig. 7, the input 13 2m ) of the adder 6 2 . Thereafter, the register 18, m + 1 unit 1 changes of synaptic weights (1, 2 and 7) through the adjusting input 4 m + 1 is written k-bit binary value of inertia ratio (- α i) a neuron model in the register 18 through 2m installation input 4 2m the binary value of the threshold (θ i ) of the neuron model is written, and in the registers 18 2m + 1,. . . , 18 n through the installation inputs 4 2m + 1 , ..., 4 n binary values of the synaptic weights γ i, 2m + 1 , ..., γ i, n of the neuron model are written. The logic blocks 26 of the output blocks 7 2 , ..., 7 n / m are turned off by supplying zero potentials to their control inputs 27 5 , 27 6 , and the logic block of the output block 7 1 is configured to implement the function at output i = max {0, P i } by supplying to its control inputs 27 5 , 27 6, respectively, unit and zero potentials. After that, the device is ready to receive binary k-bit values of the input signals X i, 2m + 1 Δ t, ..., X i, n Δ t coming through the main information inputs 22 m + 1 , ..., 2 n devices . The device operates in accordance with the time chart in Fig. 8. During the first k clock cycles, reception is made through the main information inputs 2 2m + 1 , ..., 2 n of the device of k-bit binary values of the input signals X i, 2m + 1 Δ t, ..., X i, n Δ t which are recorded in the registers of the multipliers 20 2m + 1 , ..., 20 n of block 1 of the change in the synaptic weights, as well as the output from the register 24 of the output block 7 1 through the output 11 1 of the output device at the output Δ t of the neuron model and through output 10 1 device of the magnitude of the membrane potential (P i-1Δ t) of the neuron model, which is available via the communication channel (Fig. 7) through the information input 2 m + 1 It is written in the register of the multiplier 20 m + 1 . In the first step, that is, for i = 1, the value of P o Δ t = 0 and is generated automatically by resetting all device registers to the zero state. During the first k time steps, the synaptic weights of the k-bit binary code of the value of the independent variable Δ t are recorded through the information input 2 2m in the register of the multiplier 20 2m of the block 1 and, if necessary, through additional information inputs 3 m + 1 , 3 2m , 3 2m +1 , ..., 3 n , k-bit binary codes of increments Δα i , Δθ i , Δγ i, 2m + 1 , ..., Δγ i, n can be received, which are summed in the adders 19 m + 1 , 19 2m , 19 2m + 1 , ..., 19 n (Figs. 1, 2 and 7) with the values α i-1 , θ i-1 , γ i-1, 2m + 1 , ..., γ i-1 , n obtained in the previous (i-1) -th step of the device.

В течение следующих 2k тактов работы устройства происходит умножение в умножителях 202m+1, . ..,20n блока 1 изменения синаптических весов входных сигналов Xi,2m+1 Δ t,... Xi,n, Δ t на синаптические веса γi,2m+1, ... γi,n в умножителе 20m+1 величины Pi-1 Δ t на коэффициент αi, в умножителе 202m величины порога θi на независимую переменную Δ t и суммирование на сумматорах 212,...21n/m, 6n/m,...,62полученных произведений. В результате в течение рассматривыемых 2k тактов времени на выходе сумматора 62 формируется 2k-разрядный двоичный код числа
ΔPi= -αiPi-1Δt+

Figure 00000008
Xij·Δt·γijiΔt
Как видно из фиг.8, под действием уп-равляющего сигнала f
Figure 00000009
2, поступающего на управляющий вход 271 выходного блока 72, старшие k разрядов числа Δ Pi поступают (фиг.7) через выход 91, канал связи в коммутаторе 12, вход 31 на сумматор 191 блока 1 изменения синаптических весов, где суммируется с величиной Pi-1, полученной на предыдущем (i-1)-м шаге (на первом шаге при i= 1 величина Po=0 и формируется автоматически путем сброса всех регистров устройства в нулевое состояние) и хранящейся в регистре 181. Одновременно с этим через информационный вход 21 устройства осуществляется запись k-разрядного двоичного значения независимой переменной Δ t в регистр умножителя 201блока изменения синаптических весов. После этого в течение следующих 2k тактов происходит умножение в умножителе 201 величины Pi= =Δ Pi+Pi-1 на независимую переменную Δ t. Формируемое в течение этих 2k тактов времени 2k-разрядное произведение Pi Δ t проходит через сумматоры 211 и 61(фиг. 7), и в соответствии с временной диаграммой на фиг.8 под действием управляющего сигнала f
Figure 00000010
1, поступающего на управляющий вход 271, выходного блока 71, k старших разрядов этого произведения записываются в регистр 24 выходного блока 71 (фиг.1, 3 и 7). При этом в момент поступления самого старшего (знакового) разряда (на фиг.8 в 5-м такте времени) числа Pi Δ t на управляющий вход 274 логического блока 26 выходного блока 71 подается единичный управ- ляющий сигнал f
Figure 00000011
1, под действием которого в триггер 29 логического блока 26 выходного блока 71записывается значение знакового разряда величины Pi Δ t: триггер 29 переходит в состояние "1", если Pi Δ t<0, и в состояние "0", если Pi Δ t ≥ 0. Как указывалось выше, логический блок 26 выходного блока 71настроен на выполнение функции увыхi=max{0, Pi}. Таким образом, в данном режиме устройство реализует алгоритм работы динамического неадаптивного нейрона, который имеет следующий вид:
ΔPi= -αiPi-1Δt+
Figure 00000012
Xij·Δt·γijiΔt
увыхi+1 Δ t=max{0, Pi Δ t}.Over the next 2k clock cycles of the device, multiplication takes place in the multipliers 20 2m + 1,. .., 20 n block 1 changes the synaptic weights of the input signals Xi , 2m + 1 Δ t, ... X i, n, Δ t by the synaptic weights γ i, 2m + 1 , ... γ i, n in the multiplier 20 m + 1 of the quantity P i-1 Δ t by the coefficient α i , in the multiplier 20 2m of the threshold θ i by the independent variable Δ t and the summation on the adders 21 2 , ... 21 n / m , 6 n / m , .. ., 6 2 received works. As a result, during the considered 2k clock cycles, the output of the adder 6 2 generates a 2k-bit binary code of the number
ΔP i = -α i P i-1 Δt +
Figure 00000008
X ij Δt γ iji Δt
As can be seen from Fig. 8, under the action of the control signal f
Figure 00000009
2 received at the control input 27 1 of the output unit 7 2 , the highest k bits of the number Δ P i are received (Fig. 7) through the output 9 1 , the communication channel in the switch 12, input 3 1 to the adder 19 1 of the unit 1 for changing the synaptic weights, where it is summed with the value of P i-1 obtained at the previous (i-1) th step (at the first step at i = 1 the value of P o = 0 and is generated automatically by resetting all device registers to zero) and stored in register 18 1 . At the same time, through the information input 2 1 of the device, a k-bit binary value of the independent variable Δ t is recorded in the register of the multiplier 20 1 of the synaptic balance change unit. After that, over the next 2k clock cycles, the multiplier 20 1 multiplies the value of P i = = Δ P i + P i-1 by an independent variable Δ t. The 2k-bit product P i Δ t formed during these 2k clock cycles passes through the adders 21 1 and 6 1 (Fig. 7), and in accordance with the time diagram in Fig. 8 under the action of the control signal f
Figure 00000010
1, received at the control input 27 1 , of the output block 7 1 , k of the most significant bits of this product are recorded in the register 24 of the output block 7 1 (Figs. 1, 3, and 7). At the same time, at the time of the arrival of the most significant (significant) digit (in Fig. 8 in the 5th time step) of the number P i Δ t, a single control signal f is supplied to the control input 27 4 of the logical block 26 of the output block 7 1
Figure 00000011
1, under the action of which a sign value of the value P i Δ t is recorded in the trigger 29 of the logical block 26 of the output block 7 1 : trigger 29 goes into state "1" if P i Δ t <0, and into state "0" if P i Δ t ≥ 0. As indicated above, the logic block 26 of the output block 7 1 is configured to perform the function of the output i = max {0, P i }. Thus, in this mode, the device implements the algorithm of the dynamic non-adaptive neuron, which has the following form:
ΔP i = -α i P i-1 Δt +
Figure 00000012
X ij Δt γ iji Δt
at output i + 1 Δ t = max {0, P i Δ t}.

В следующие 5k тактов времени работа устройства полностью повторяется в соответствии с временной диаграммой на фиг.8. In the next 5k clock cycles, the operation of the device is completely repeated in accordance with the timing diagram in FIG.

Режим работы 4: динамическая модель адаптивного нейрона на n-6m входов. Для реализации этого режима в коммутаторе 12 реализуется (описанным выше способом) система каналов связи между блоками устройства в соответствии с фиг. 9 (каналы связи выделены). В соответствии с показанной на фиг.9 коммутацией выход 101 устройства соединяется с основными информационными входами 2m+1 и 26m устройства, выход 92устройства подключается к дополнительным информационным входам 31 и 32m+1 устройства, выход 113 устройства подключается к основному информационному входу 25m+1, выход 101 устройства соединяется с основным информационным входом 24m+1, выход 95 устройства подключается к дополнительным информационным входам 33m и 33m+1, выход 86 устройства подключается к одному из входов 135,1. ..,135,m (на фиг.9 вход 135,m), а сумматоры 67,...,6n/m объединяются в один общий на n-6m входов путем соединения каждого l-го выхода 8 устройства (l=7,...,n/m) с одним из входов 13l+1,1,...,13l+1,m последующего сумматора 6l+1, и выход 8n/mпоследнего из этих сумматоров 6n/m соединяется с одним из входов 132,1, . . . ,132,m (на фиг.9 вход 132,m сумматора 62. После этого в регистр 18m+1 блока 1 изменения синаптических весов через установочный вход 4m+1(фиг.1, 2 и 9) записывается k-разрядный двоичный код числа - αi,1, в регистр 184m+1 через установочный вход 44m+1 - код числа - αi,2, в регистр 185m через установочный вход 45m - код числа - θ*, в регистр 185m+1 через установочный вход 45m+1 - код числа α1,4, в регистр 186mчерез установочный вход 46m - код числа - αi,3, а в регистры 186m+1,..., 18n через установочные коды 46m+1, . ..,4n - коды чисел γi,6m+1,..., γi,n. Логические блоки 26 выходных блоков 71, 72, 74,...,7n/mотключаются путем подачи на их управляющие входы 275, 276 нулевых потенциалов, а логический блок 26 выходного блока 73 настраивается на реализацию функции увыхi=max{0, Pi} путем подачи на его управляющие входы 275 и 276 соответственно единичного и нулевого потенциалов. После этого устройство готово к приему k-разрядных двоичных кодов входных сигналов Хi, 6m+1 Δ t,...,Xi,n Δ t, поступающих через основные информационные входы 26m+1, . ..,2n устройства. Работает устройство в соответствии с временной диаграммой на фиг.10. В течение первых k тактов времени k-разрядные коды чисел Хi, 6m+1 Δ t,...,Xi,n Δ t через основные информационные входы 26m+1,...,2n устройства записываются в регистры умножителей 206m+1, ...,20n блока 1 изменения синаптических весов (фиг.1, 2 и 9). В это же время из регистра 24 выходного блока 71 выдается код числа Pi-1 Δ t (на первом шаге при i=1 величина Po=0 и формируется автоматически путем сброса всех регистров устройства в ноль), которое через выход 101 по имеющемуся каналу связи (фиг.9) через основные информационные входы 2m+1 и 26m записывается в регистры 182m+1 и 186mблока изменения синаптических весов, из регистра 24 выходного блока 73выдается код числа увых, i-1 Δ t (на первом шаге при i=1 величина увыхо=0 и формируется автоматически при сбросе всех регистров устройства в ноль), которое через выход 113 устройства, имеющийся канал связи (фиг. 9), через вход 25m+1 записывается в регистр умножителя 205m+1, из регистра 24 выходного блока 74 выдается код числа θi-1 Δ t (на первом шаге при i=1 величина θо=0 и формируется автоматически при сбросе всех регистров устройства в ноль), которое через выход 104 по имеющемуся каналу связи (фиг.9), через основной информационный вход 24m+1записывается в умножитель 204m+1. В течение первых k тактов времени осуществляется запись через информационный вход 25m в регистр умножителя 205m кода числа Δ t и при необходимости через дополнительные информационные входы 3m+1, 34m+1, 35m+1, 36m, 36m+1, . . . ,3n могут поступать коды приращений Δαi,1, Δαi,2, Δαi,4, Δαi,3, Δγ6m+1, . . ., Δγn, которые суммируются на сумматорах 19m+1, 194m+1, 195m+1, 196m, 196m+1,...,19n блока изменения синаптических весов с величинами αi-1,1, αi-1,2, αi-1,4, αi-1,3, γi-1, 6m+1,..., γi-1,n, полученными на предыдущем (i-1)-м шаге работы устройства.Operating mode 4: dynamic model of an adaptive neuron on n-6m inputs. To implement this mode, the switch 12 implements (as described above) a system of communication channels between units of the device in accordance with FIG. 9 (communication channels are highlighted). In accordance with the switching shown in Fig.9, the output 10 1 of the device is connected to the main information inputs 2 m + 1 and 2 6m of the device, the output 9 2 of the device is connected to the additional information inputs 3 1 and 3 2m + 1 of the device, the output 11 3 of the device is connected to the main information input 2 5m + 1 , the output 10 1 of the device is connected to the main information input 2 4m + 1 , the output 9 5 of the device is connected to the additional information inputs 3 3m and 3 3m + 1 , the output 8 6 of the device is connected to one of the inputs 13 5.1 . .., 13 5, m (in Fig. 9 input 13 5, m ), and adders 6 7 , ..., 6 n / m are combined into one common input on n-6m by connecting each l-th output 8 of the device (l = 7, ..., n / m) with one of the inputs 13 l + 1,1 , ..., 13 l + 1, m of the subsequent adder 6 l + 1 , and the output is 8 n / m of the last of these adders 6n / m is connected to one of the inputs 13 2,1,. . . , 13 2, m (in Fig. 9, the input 13 2, m of the adder 6 2. After that, k 18 is written in the register 18 m + 1 of the block 1 for changing the synaptic weights through the installation input 4 m + 1 (Figs. 1, 2 and 9) -bit binary code of the number - α i, 1, into the register 18 4m + 1 through the installation input 4 4m + 1 - code of the number - α i, 2 , into the register 18 5m through the installation input 4 5m - code of the number - θ *, in register 18 5m + 1 through the installation input 4 5m + 1 - code number α 1,4 , into the register 18 6m through the installation input 4 6m - code number - α i, 3 , and into the registers 18 6m + 1 , ..., 18 n through the setting codes 4 6m + 1 , ..., 4 n - codes of numbers γ i, 6m + 1 , ..., γ i, n . Logic blocks 26 of the output blocks 7 1 , 7 2 , 7 4 ,. . ., 7 n / m are switched off by supplying zero potentials to their control inputs 27 5 , 27 6 , and the logic block 26 of the output block 7 3 is configured to implement the function yi = max {0, P i } by applying to its control inputs 27 5 and 27 6, respectively and a single zero potential. Then the device is ready to receive the k-bit binary input signals X i, 6m + 1 Δ t, ..., X i, n Δ t, the main information received through the input 2 6m +1,. .., 2 n devices. The device operates in accordance with the time chart in figure 10. During the first k clock cycles, k-bit codes of the numbers X i, 6m + 1 Δ t, ..., X i, n Δ t through the main information inputs 2 6m + 1 , ..., 2 n devices are recorded in the registers of multipliers 20 6m + 1 , ..., 20 n block 1 changes synaptic weights (Fig.1, 2 and 9). At the same time, from the register 24 of the output block 7 1, the code of the number P i-1 Δ t is issued (in the first step, for i = 1, the value P o = 0 and is generated automatically by resetting all device registers to zero), which is output 10 1 on the existing communication channel (Fig. 9), through the main information inputs 2 m + 1 and 2 6m, it is written to the registers 18 2m + 1 and 18 6m of the synaptic balance change unit, from the register 24 of the output block 7 3 the code of the number of output, i- 1 Δ t (in the first step at a value of i = 1, y = 0 and vyho formed automatically resetting all registers to zero device), which through a stroke 11 3 devices, the available communication channel (FIG. 9) through entrance 2 5m + 1 is written in the register of the multiplier 20 5m + 1, from the register 24 of the output unit 7 April issued code number θ i-1 Δ t (in the first step with i = 1, the value θ о = 0 and is formed automatically when all device registers are reset to zero), which is written out through the output 10 4 via the existing communication channel (Fig. 9), through the main information input 2 4m + 1 to the multiplier 20 4m + 1 . During the first k time steps, the code of the number Δ t is recorded through the information input 2 5m in the multiplier register 20 5m and, if necessary, through additional information inputs 3 m + 1 , 3 4m + 1 , 3 5m + 1 , 3 6m , 3 6m + 1 ,. . . , 3 n , codes of increments Δα i, 1 , Δα i, 2 , Δα i, 4 , Δα i, 3 , Δγ 6m + 1 , can come. . ., Δγ n , which are summed up on the adders 19 m + 1 , 19 4m + 1 , 19 5m + 1 , 19 6m , 19 6m + 1 , ..., 19 n of the block for changing synaptic weights with values α i-1,1 , α i-1,2 , α i-1,4 , α i-1,3 , γ i-1, 6m + 1 , ..., γ i-1, n obtained in the previous (i-1) step of the device.

В течение следующих 2k тактов работы устройства происходит операция умножения в умножителях 206m+1,...,20n величин Хi,6m+1 Δ t,...,Xi,n Δ t на γi,6m+1, ..., γi,n, в умножителе 206m величины Pi-1 Δ t на - α i,3, в умножителе 205m+1 величины увыхi-1 Δ t на - α i,4, в умножителе 205mвеличины - θ * на Δ t, в умножителе 204m+1 величины θ i-1 Δ t на -α i,2, в умножителе 202m+1 величины Pi-1 Δ t на -α i,1 и суммирование указанных 2k-разрядных произведений на сумматорах 212, 215, 216,...,21n/m, 62, 65, 66,...,6n. В результате в течение рассматриваемых 2k тактов времени на выходе сумматора 62 формируется 2k-разрядный код числа
ΔPi= -αi,1Pi-1Δt+

Figure 00000013
Xi,j·Δt·γij а на выходе сумматора 65 формируется 2k-разрядный код числа
Δ θi =- α i,2 θ i-1Δ t- θ * Δ t- α i,3Pi-1 Δ t- α i,4yвыхi-1 Δ t.Over the next 2k cycles of operation of the device, the operation of multiplication in the multipliers 20 6m + 1 , ..., 20 n of the quantities X i, 6m + 1 Δ t, ..., X i, n Δ t by γ i, 6m + 1 , ..., γ i, n , in the multiplier 20 6m of the quantity P i-1 Δ t by - α i, 3 , in the multiplier of 20 5m + 1 the values of the output i-1 Δ t by - α i, 4 , in the multiplier 20 5m magnitude - θ * by Δ t, in the multiplier 20 4m + 1 magnitude θ i-1 Δ t by -α i, 2, in the multiplier 20 2m + 1 magnitude P i-1 Δ t by -α i, 1 and summation of the indicated 2k-bit products on the adders 21 2 , 21 5 , 21 6 , ..., 21 n / m , 6 2 , 6 5 , 6 6 , ..., 6 n . As a result, during the considered 2k clock cycles, the output of the adder 6 2 generates a 2k-bit code of the number
ΔP i = -α i, 1 P i-1 Δt +
Figure 00000013
X i, j · Δt · γ ij and at the output of adder 6 5 a 2k-bit code of the number is generated
Δ θ i = - α i, 2 θ i-1 Δ t- θ * Δ t- α i, 3 P i-1 Δ t-α i, 4 y outi-1 Δ t.

Как видно из временной диаграммы на фиг.10, под действием управляющего сигнала f

Figure 00000014
2, поступающего на управляющий вход 271выходного блока 72, старшие k разрядов числа Δ Pi поступают (фиг.9) через выход 92, имеющийся канал связи, входы 31 и 32m+1 на сумматоры 191и 192m+1, где суммируются с величиной Pi-1, полученной на предыдущем шаге (на первом шаге Po=0) и хранящейся в регистрах 181 и 182m+1, а под действием управляющего сигнала f
Figure 00000015
5, поступающего на управляющий вход 271 выходного блока 75, старшие k разрядов числа Δθi поступают через выход 95, имеющийся канал связи (фиг.9), входы 33m и 33m+1 на сумматоры 193m и 193m+1, где суммируются с величиной θi-1, полученной на предыдущем (i-1)-м шаге (на первом шаге θ о=0) и хранящейся в регистрах 183m и 183m+1. Одновременно с этим через информационные входы 21, 22m+1, 23m, 23m+1 устройства осуществляется запись k-разрядного числа Δ t в регистры умножителей 201, 202m+1, 203m, 203m+1 блока 1 изменения синаптических весов.As can be seen from the timing diagram in figure 10, under the action of the control signal f
Figure 00000014
2 received at the control input 27 1 of the output unit 7 2 , the highest k bits of the number Δ P i are received (Fig. 9) through output 9 2 , an existing communication channel, inputs 3 1 and 3 2m + 1 to the adders 19 1 and 19 2m +1 , where they are summed with the value of P i-1 obtained at the previous step (at the first step P o = 0) and stored in the registers 18 1 and 18 2m + 1 , and under the action of the control signal f
Figure 00000015
5, received at the control input 27 1 of the output unit 7 5 , the highest k bits of the number Δθ i enter through output 9 5 , an existing communication channel (Fig. 9), inputs 3 3m and 3 3m + 1 to the adders 19 3m and 19 3m + 1 , where they are summed up with the value θ i-1 obtained at the previous (i-1) th step (at the first step θ о = 0) and stored in the registers 18 3m and 18 3m + 1 . At the same time, through the information inputs 2 1 , 2 2m + 1 , 2 3m , 2 3m + 1 of the device, a k-bit number Δ t is recorded in the registers of the multipliers 20 1 , 20 2m + 1 , 20 3m , 20 3m + 1 of block 1 changes in synaptic weights.

После этого в течение следующих 2k тактов времени происходит умножение в умножителях 201, 202m+1, 203m, 203m+1 соответственно величины Pi=Pi-1+ Δ Pi на Δ t, величины Pi=Pi-1+Δ Pi на Δ t, величины θi= =θi-1+ Δ θ i на Δ t, величины θi= θi-1+ Δ t на Δ t, формируемые в течение этих 2k тактов времени 2k-разрядные произведения Pi Δ t, Pi Δ t, θi Δt, θi Δ t проходят через сумматоры 211, и 61, 213и 63, 214 и 64 и под действием управляющих сигналов f

Figure 00000016
1, f
Figure 00000017
3, f
Figure 00000018
4, поступающих на управляющие входы 271 выходных блоков 71, 73, 74(фиг.3 и 10), k старших разрядов величины Pi Δ t записываются в регистр 24 выходного блока 71, k старших разрядов величины Pi Δ t- θi Δ t записываются в регистр 24 выходного блока 73 и k старших разрядов величины θi Δ t записываются в регистр 24 выходного блока 74. При этом в момент поступления самого старшего (знакового) разряда величины Pi Δ t- θ i Δ t (на фиг. 10 5k такт времени) на управляющий вход 274логического блока 26 выходного блока 73 подается единичный управляющий сигнал f
Figure 00000019
3 , под дей- ствием которого в триггер 29 логического блока 26 выходного блока 73записывается значение знакового разряда числа PiΔt-θi Δ t. После этого логический блок 26 выходного блока 73 оказывается настроенным на реализацию функции увыхi= max{ 0, Pi} (функционирование блока 26 при реализации этой функции описано выше). В результате в данном режиме устройство реализует алгоритм работы динамического адаптивного по входу и выходу нейрона, который имеет следующий вид:
ΔPi= -αi,1Pi-1Δt+
Figure 00000020
Xi,j·Δt·γij
Δ θ i=- α i,2 θ i-1Δ t- θ *Δ t- α i,3Pi-1Δ t-
- α i,4 yвых i-1Δ t;
yвыхin Δ t=max{0,(Pi Δ t- θi Δ t)}.Thereafter, during the next 2k cycles of time is multiplied in multipliers 20 1, 20 2m + 1, 20 3m, 20, 3m + 1, respectively, the magnitude P i = P i-1 + Δ P i to Δ t, the magnitude P i = P i -1 + ΔP i at Δ t, values θ i = = θ i-1 + Δ θ i at Δ t, values θ i = θ i-1 + Δ t at Δ t formed during these 2k time steps 2k -bit products P i Δ t, P i Δ t, θ i Δt, θ i Δ t pass through the adders 21 1 and 6 1 , 21 3 and 6 3 , 21 4 and 6 4 and under the action of control signals f
Figure 00000016
1, f
Figure 00000017
3, f
Figure 00000018
4 arriving at the control inputs 27 1 of the output blocks 7 1 , 7 3 , 7 4 (Figs. 3 and 10), k high order bits of the value P i Δ t are recorded in the register 24 of the output block 7 1 , k high order bits of the value P i Δ t- θ i Δ t are written to the register 24 of the output block 7 3 and k senior bits of the value θ i Δ t are written to the register 24 of the output block 7 4 . In this case, at the time of the arrival of the oldest (significant) digit of the value P i Δ t- θ i Δ t (in Fig. 10 5k clock cycle), a single control signal f is supplied to the control input 27 4 of the logical block 26 of the output block 7 3
Figure 00000019
3, under which the value of the sign digit of the number P i Δt-θ i Δ t is recorded in the trigger 29 of the logical block 26 of the output block 7 3 . After that, the logical block 26 of the output block 7 3 is configured to implement the function y i = max {0, P i } (the operation of block 26 when implementing this function is described above). As a result, in this mode, the device implements a dynamic adaptive algorithm for the input and output of a neuron, which has the following form:
ΔP i = -α i, 1 P i-1 Δt +
Figure 00000020
X i, j · Δt · γ ij
Δ θ i = - α i, 2 θ i- 1Δ t- θ * Δ t- α i, 3 P i-1 Δ t-
- α i, 4 y out i-1 Δ t;
y outin Δ t = max {0, (P i Δ t- θ i Δ t)}.

В следующие 5k тактов времени работа устройства полностью повторяется в соответствии с временной диаграммой на фиг.10. При необходимости реализации модели динамического адаптивного по входу нейрона достаточно положить значение α i,4= 0, а для модели динамического адаптивного по выходу нейрона требуется положить α i,3=0.In the next 5k clock cycles, the operation of the device is completely repeated in accordance with the timing diagram of FIG. 10. If it is necessary to implement a model of a dynamic adaptive input neuron, it is sufficient to set the value of α i, 4 = 0, and for a model of a dynamic adaptive output neuron, it is necessary to set α i, 3 = 0.

Режим работы 5: пространственный сумматор на n входов и вычислитель скалярного произведения n-компонентных векторов. Для реализации этого режима сумматоры 61, ...,6n/m объединяются в один общий сумматор на n входов. Для этой цели в коммутаторе 12 реализуется система каналов связи, при которой выход 8l (l=n/m,...,2) каждого l-го выходного блока 7l подключается к одному из входов 13l-1,1,...,13l-1, m предыдущего выходного блока 7l-1, а выход последнего выходного блока 72 подключается к любому из входов 131,1,. . . ,131,m выходного блока 71. В результате на выходе 81 выходного блока 71 можно получить 2k-разрядный двоичный код величины

Figure 00000021
Xi,jγi,j, которая является пространственной суммой или скалярным произведением векторов
Figure 00000022
и
Figure 00000023
. В тоже время при наличии управляющих сигналов (как это было показано на временных диаграммах фиг.8 и 10) 271 выходного блока 71, можно получить на выходе 91 или 101 k-разрядный код числа
Figure 00000024
Xi,jγi,j. Возможность получения скалярного произведения в виде k-разрядного и 2k-разрядного двоичного кода позволяет реализовать указанную операцию с требуемой точностью.Operation mode 5: a spatial adder with n inputs and a scalar product calculator of n-component vectors. To implement this mode, adders 6 1 , ..., 6 n / m are combined into one common adder with n inputs. For this purpose, in the switch 12, a system of communication channels is implemented in which the output 8 l (l = n / m, ..., 2) of each l-th output unit 7 l is connected to one of the inputs 13 l-1,1,. .., 13 l-1 , m of the previous output block 7 l-1 , and the output of the last output block 7 2 is connected to any of the inputs 13 1,1,. . . , 13 1, m of the output block 7 1 . As a result, at the output 8 1 of the output block 7 1, one can obtain a 2k-bit binary code of the quantity
Figure 00000021
X i, j γ i, j , which is the spatial sum or scalar product of vectors
Figure 00000022
and
Figure 00000023
. At the same time, in the presence of control signals (as was shown in the time diagrams of Figs. 8 and 10) 27 1 of the output block 7 1 , one can get the output 1 1 or 10 1 k-bit code of the number
Figure 00000024
X i, j γ i, j . The ability to obtain a scalar product in the form of k-bit and 2k-bit binary code allows you to implement the specified operation with the required accuracy.

Режим работы 6: n/m цифровых интеграторов. При реализации этого режима связи между блоками устройства отсутствуют, поэтому в регистрах блока 17 адресации хранятся нулевые коды коммутации, которые автоматически формируются при начальном сбросе всех регистров устройства в нулевое состояние. Логические блоки 26 всех выходных блоков 71,...,7n/m отключаются путем подачи на их управляющие входы 275, 276нулевых потенциалов. После этого в регистры 18lm+1 (l=0,1,...,n/m-1) через установочные входы 4lm+1 (l=0,1,..., n/m-1) блока 1 изменения синаптических весов записываются начальные значения подынтегральных функций Y0,l (l=0,1,..,n/m-1). Работа устройства в этом режиме осуществляется в соответствии с временной диаграммой на фиг.11. В течение первых k тактов времени на основные информационные входы 2lm+1устройства поступают k-разрядные двоичные коды независимой переменной Δ t, которые записываются в регистры умножителей 20lm+1 блока 1 изменения синаптических весов, а на дополнительные информационные входы 3lm+1устройства поступают k-разрядные приращения подынтегральных функций Δ Yi,l, которые суммируются в сумматорах 19lm+1 с начальными значениями этих функций (хранящихся в регистрах 18lm+1, и полученные текущие значения подынтегральных функций Yi,l=Yi-1,l+ Yi,l (l=0,1,..., n/m-1) записываются в регистры 18lm+1 (фиг.1 и 2). В это же время из регистров 24 выходных блоков 71, . ..,7n/m через выходы 101,...,10n/m считываются приращения интегралов Δ Pi-1,l, полученные на предыдущем (i-1)-м шаге. В течение следующих 2k тактов времени происходит умножение в умножителях 20lm+1 текущих значений подынтегральных функций Yi,l на независимую переменную Δ t и полученные произведения проходят через сумматоры 211, 61,...,21n/m, 6n/m. В результате на выходах сумматоров 61,...,6n/mформируются 2k-разрядные произведения Δ Pi,l= Yi-1,l+Yi,l, (l= 0,1,..., n/m-1), являющиеся значениями приращения интегралов, полученными в данном i-м шаге. При этом (фиг.11) под действием управляющих сигналов f272, 7n/m, k младших разрядов чисел Δ Pi,l записываются в регистры 25 выходных блоков 71,...,7n/m, а под действием управляющих сигналов f271,поступающих на управляющие входы 271 выходных блоков 71,...,7n/m, k старших разрядов чисел Δ Pi,l записываются в регистры 24 выходных блоков 71,...,7n/m. При поступлении новых значений входных сигналов описанная выше процедура полностью повторяется.Operating mode 6: n / m digital integrators. When this mode is implemented, there are no communication between the device blocks, therefore, zero switching codes are stored in the registers of the addressing block 17, which are automatically generated at the initial reset of all device registers to the zero state. Logic blocks 26 of all output blocks 7 1 , ..., 7 n / m are switched off by supplying zero potentials to their control inputs 27 5 , 27 6 . After that, to the registers 18 lm + 1 (l = 0,1, ..., n / m-1) through the installation inputs 4 lm + 1 (l = 0,1, ..., n / m-1) of the block 1 changes in the synaptic weights are recorded initial values of the integrand functions Y 0, l (l = 0,1, .., n / m-1). The operation of the device in this mode is carried out in accordance with the time chart in Fig.11. During the first k clock cycles, the main information inputs 2 lm + 1 of the device receive k-bit binary codes of the independent variable Δ t, which are written to the registers of multipliers 20 lm + 1 of block 1 of the synaptic balance change, and to the additional information inputs 3 lm + 1 devices receive k-bit increments of the integrands Δ Y i, l , which are summed in the adders 19 lm + 1 with the initial values of these functions (stored in the registers 18 lm + 1 , and the obtained current values of the integrands Y i, l = Y i- 1, l + Y i, l ( l = 0,1, ..., n / m- 1) recording vayutsya registers 18 lm + 1 (Figures 1 and 2). At the same time the output of the registers 24 7 units 1,. .., 7 n / m via the outputs 10 1, ..., 10 n / m is read increment of the integrals Δ P i-1, l obtained at the previous (i-1) step 1. Over the next 2k clock cycles, the multipliers 20 lm + 1 of the current values of the integrands Y i, l are multiplied by the independent variable Δ t and the obtained works pass through adders 21 1 , 6 1 , ..., 21 n / m , 6 n / m . As a result, at the outputs of adders 6 1 , ..., 6 n / m , 2k-bit products Δ P i, l = Y i-1, l + Y i, l , (l = 0,1, ..., n / m-1), which are the values of the increment of the integrals obtained in this ith step. In this case (Fig. 11), under the action of the control signals f 272 , 7 n / m , k low order bits of the numbers Δ P i, l are written into the registers 25 of the output blocks 7 1 , ..., 7 n / m , and under the action of the control the signals f 271 received at the control inputs 27 1 of the output blocks 7 1 , ..., 7 n / m , k high-order bits of the numbers Δ P i, l are written into the registers 24 of the output blocks 7 1 , ..., 7 n / m . Upon receipt of new values of the input signals, the above procedure is completely repeated.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения в сравнении с прототипом заключается в значительном расширении его функциональных возможностей (возможность моделирования путем перестройки структуры: формально-логического, градуального суммирующего, динамического адаптивного с адаптацией либо по входу, либо по выходу, либо и по входу и по выходу, динамического неадаптивного нейронов, пространственного сумматора, вычислителя скалярных произведений векторов, цифровых интеграторов) при одновременном упрощении, что позволяет реализовать устройства на одном кристалле БИС уже при современном состоянии отечественной микроэлектронной технологии. The technical and economic efficiency of the proposed technical solution in comparison with the prototype consists in a significant expansion of its functional capabilities (the possibility of modeling by restructuring the structure: formal-logical, gradual summing, dynamic adaptive with adaptation either by input, or by output, or by input and by output, dynamic non-adaptive neurons, spatial adder, calculator of scalar products of vectors, digital integrators) while simplifying, which allows you to implement devices on a single chip LSI already with the current state of domestic microelectronic technology.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА, содержащее блок изменения синаптических весов, выходы которого соединены с входами сумматоров группы, блок адресации, выходы которого соединены с входами блока коммутации, выходы которого соединены с входами блока изменения синаптических весов, отличающееся тем, что в него введена группа формирователей направлений связей, причем выходы сумматоров группы соединены с входами формирователей направлений связей группы, выходы которых соединены с входами соответствующих сумматоров группы и блока коммутации. 1. DEVICE FOR MODELING A NEURON, containing a synaptic balance change unit, the outputs of which are connected to the inputs of the group adders, an addressing unit, the outputs of which are connected to the inputs of the switching unit, the outputs of which are connected to the inputs of the synaptic balance change unit, characterized in that a group is entered into it shapers of directions of connections, and the outputs of the adders of the group are connected to the inputs of the shapers of directions of connections of the group, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding adders of the group and block mutations. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь направлений связей содержит два элемента И, два регистра сдвига, логический коммутатор, причем выход первого элемента И соединен с входами первого регистра сдвига и логического коммутатора, выход второго элемента И - с входом второго регистра сдвига, выход первого регистра сдвига - с входом логического коммутатора, входы формирователя - с входами первого и второго элементов И и логического коммутатора, выходы первого элемента И, первого и второго регистров сдвига и логического коммутатора. 2. The device according to claim 1, characterized in that the generator of directions of communications contains two elements And, two shift registers, a logical switch, the output of the first element And connected to the inputs of the first shift register and logical switch, the output of the second element And with the input of the second shift register, the output of the first shift register - with the input of the logical switch, the inputs of the shaper - with the inputs of the first and second elements And and the logical switch, the outputs of the first element And, the first and second shift registers and the logical switch torus.
SU5014296 1991-07-01 1991-07-01 Device for simulating neurons RU2029368C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5014296 RU2029368C1 (en) 1991-07-01 1991-07-01 Device for simulating neurons

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5014296 RU2029368C1 (en) 1991-07-01 1991-07-01 Device for simulating neurons

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2029368C1 true RU2029368C1 (en) 1995-02-20

Family

ID=21590421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5014296 RU2029368C1 (en) 1991-07-01 1991-07-01 Device for simulating neurons

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2029368C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2579958C1 (en) * 2014-12-25 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" Artificial neuron

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1479944, кл. G 06G 7/60, опублик. 1989. *
Авторское свидетельство СССР N 1709356, кл. G 06G 7/60, опублик. 1992. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2579958C1 (en) * 2014-12-25 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" Artificial neuron

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4994982A (en) Neural network system and circuit for use therein
CN110209375B (en) Multiply-accumulate circuit based on radix-4 coding and differential weight storage
US4533993A (en) Multiple processing cell digital data processor
JP2663996B2 (en) Virtual neurocomputer architecture for neural networks
CN110543939B (en) Hardware acceleration realization device for convolutional neural network backward training based on FPGA
Hikawa Frequency-based multilayer neural network with on-chip learning and enhanced neuron characteristics
CN111563599A (en) Quantum line decomposition method and device, storage medium and electronic device
WO2020029551A1 (en) Multiplication and accumulation calculation method and calculation circuit suitable for neural network
CN112101517B (en) FPGA implementation method based on piecewise linear impulse neuron network
US5146543A (en) Scalable neural array processor
US5148515A (en) Scalable neural array processor and method
US5065339A (en) Orthogonal row-column neural processor
CN112698811A (en) Neural network random number generator sharing circuit, sharing method and processor chip
Gholami et al. Reconfigurable field‐programmable gate array‐based on‐chip learning neuromorphic digital implementation for nonlinear function approximation
Nobari et al. FPGA-based implementation of deep neural network using stochastic computing
JPH06502265A (en) Calculation circuit device for matrix operations in signal processing
RU2029368C1 (en) Device for simulating neurons
Widmer et al. Design of Time-Encoded Spiking Neural Networks in 7-nm CMOS Technology
US5778153A (en) Neural network utilizing logarithmic function and method of using same
Torralba et al. Two digital circuits for a fully parallel stochastic neural network
US5146420A (en) Communicating adder tree system for neural array processor
KR100442434B1 (en) Accumulation Method of Array Structure node for Pre-trained Neural Network Design
Zhang et al. Arithmetic for digital neural networks
US20220108159A1 (en) Crossbar array apparatuses based on compressed-truncated singular value decomposition (c- tsvd) and analog multiply-accumulate (mac) operation methods using the same
Bensimon et al. A new sctn digital low power spiking neuron